【摘要】：傳統(tǒng)材料樁(鋼樁、混凝土樁、木樁)在濱海腐蝕環(huán)境中耐久性問題突出,服役過程中需要昂貴的加固和修復(fù)費用,具有較高的全壽命成本。FRPC樁(Fiber Reinforced Polymer Pile Filled with Concrete)是FRP外殼和其內(nèi)部充填混凝土形成的一種新穎組合樁基礎(chǔ)形式。由于FRP材料與傳統(tǒng)樁材料的性能有顯著差異,主要體現(xiàn)在各向異性、表面硬度及粗糙度等方面,為確保FRP管和混凝土共同工作,有必要開展FRP管與混凝土的粘結(jié)性能研究。為此,本論文依托國家自然科學基金項目“水平循環(huán)荷載作用下FRPC組合樁基本特性研究”(51478109),針對FRP管與混凝土界面粘結(jié)性能這一關(guān)鍵問題,采取理論分析和室內(nèi)模型試驗研究手段,分析了粘結(jié)形式、長細比、徑厚比、混凝土強度和混凝土類型等因素對其粘結(jié)滑移性能的影響規(guī)律,主要內(nèi)容和成果如下：1.進行了FRPC組合樁粘結(jié)機理分析,從理論上推導(dǎo)了FRP管混凝土界面粘結(jié)應(yīng)力與FRP管表面縱向應(yīng)變的關(guān)系,得到了FRP管與混凝土的粘結(jié)滑移本構(gòu)模型的理論表達式。2.設(shè)計并進行了33根FRP管混凝土試件的推出試驗(pushout test),基于試驗結(jié)果,分析了FRP管與混凝土試件粘結(jié)力的組成、粘結(jié)破壞的特點及其發(fā)展規(guī)律,對比了不同粘結(jié)形式FRP管混凝土試件的荷載—滑移曲線(P-S曲線)和粘結(jié)應(yīng)力—滑移曲線(τ-S曲線)受力特征階段。3.通過控制變量的試驗方法,重點分析了FRP管混凝土試件粘結(jié)形式、長細比、徑厚比、混凝土強度和混凝土類型等因素對其粘結(jié)滑移性能的影響。試驗結(jié)果表明：(1)當幾何尺寸一致時,內(nèi)部螺紋型試件的界面粘結(jié)強度最大,內(nèi)設(shè)抗剪件型試件其次,直接粘結(jié)型試件最��；(2)長徑比對FRP管混凝土試件的粘結(jié)強度無明顯影響；(3)徑厚比越小,FRP管混凝土試件的粘結(jié)性能越好；(4)混凝土強度對直接粘結(jié)型FRP管混凝土試件粘結(jié)性能呈正相關(guān)性影響,但對內(nèi)部螺紋型和內(nèi)設(shè)抗剪件型試件粘結(jié)性能無明顯影響；(5)膨脹混凝土試件的界面粘結(jié)性能明顯優(yōu)于相同幾何尺寸的普通混凝土試件。4.通過在FRP管混凝土試件外表面張貼縱向電阻應(yīng)變片,揭示了縱向應(yīng)變和粘結(jié)應(yīng)力沿接觸界面的分布規(guī)律。試驗結(jié)果表明在臨近界面粘結(jié)破壞時,FRP管表面縱向應(yīng)變沿高度呈三角形分布,界面粘結(jié)應(yīng)力沿FRP管高度方向基本均勻分布。根據(jù)推出試驗結(jié)果,分別對內(nèi)部螺紋型和內(nèi)設(shè)抗剪件型FRP管混凝土試件的極限粘結(jié)強度進行了回歸統(tǒng)計分析,得到了極限粘結(jié)強度回歸方程。5.綜合理論及試驗研究結(jié)果,提出了直接粘結(jié)型膨脹混凝土試件、內(nèi)部螺紋型試件和內(nèi)設(shè)抗剪件型試件的界面粘結(jié)滑移簡化本構(gòu)模型。
[Abstract]:The durability of traditional material piles (steel pile, concrete pile, wood pile) in coastal corrosion environment is very serious. FRPC pile (Fiber Reinforced Polymer Pile Filled with Concrete) is a new type of composite pile foundation formed by FRP shell and its inner filled concrete. The properties of FRP and traditional pile materials are obviously different, mainly in the aspects of anisotropy, surface hardness and roughness. In order to ensure the joint work of FRP pipe and concrete, it is necessary to study the bond property between FRP pipe and concrete. Therefore, based on the project of National Natural Science Foundation of China, "Research on the basic characteristics of FRPC composite pile under horizontal cyclic load" (51478109), this paper aims at the key problem of bond behavior between FRP pipe and concrete interface. By means of theoretical analysis and laboratory model test, the effects of bond form, aspect ratio, diameter to thickness ratio, concrete strength and concrete type on the bond-slip properties are analyzed. The main contents and results are as follows: 1. The bond mechanism of FRPC composite pile is analyzed. The relationship between the bond stress at the interface of FRP pipe and the longitudinal strain on the surface of FRP pipe is derived theoretically, and the theoretical expression of the bond-slip constitutive model between FRP pipe and concrete is obtained. 2. Based on the test results, the composition of bond force between FRP pipe and concrete specimen, the characteristics of bond failure and its development law are analyzed. The load-slip curve (P-S curve) and bond stress-slip curve (蟿 -S curve) of concrete specimens with different bond forms are compared. 3. Based on the experimental method of controlling variables, the effects of bond form, aspect ratio, ratio of diameter to thickness, strength of concrete and type of concrete on the bond-slip properties of concrete specimens of FRP pipe are analyzed. The experimental results show that: (1) when the geometry size is the same, the interfacial bond strength of the internal threaded specimen is the largest, the internal shear specimen is the second, and the directly bonded specimen is the smallest; (2) the ratio of length to diameter has no obvious effect on the bond strength of concrete specimens of FRP tube, (3) the smaller the ratio of diameter to thickness, the better the bond performance of concrete specimens of FRP tube. (4) the concrete strength has a positive correlation with the bond behavior of the concrete specimens of the direct bonded FRP pipe, but has no obvious effect on the bond properties of the internal threaded concrete specimens and the internal shear specimens. (5) the interfacial bond property of expansive concrete specimen is obviously better than that of ordinary concrete specimen with the same geometric size. 4. The distribution of longitudinal strain and bond stress along the contact interface is revealed by placing longitudinal resistance strain gauges on the external surface of FRP tube concrete specimens. The experimental results show that the longitudinal strain distribution along the surface of the FRP tube is triangular and the interfacial bond stress is uniformly distributed along the height of the FRP tube when the bond failure is near the interface. According to the experimental results, the regression statistical analysis of the ultimate bond strength of internal threaded and shear-resistant FRP pipe concrete specimens is carried out, and the regression equation of ultimate bond strength is obtained. Based on the theoretical and experimental results, a simplified constitutive model of interface bond-slip for directly bonded expansive concrete specimens, internal threaded specimens and internal shear specimens is proposed.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU398.9

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本文編號：2425091